半導体装置およびその製造方法
【課題】パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板１の一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。半導体装置の製造方法では、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成してから、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する。基本構造の形成にあたっては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域に形成した部分を除去する。層間絶縁膜の形成後であってパッド８０の形成前に層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板１の一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。半導体装置の製造方法では、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成してから、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する。基本構造の形成にあたっては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域に形成した部分を除去する。層間絶縁膜の形成後であってパッド８０の形成前に層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２８に示すように、シリコン基板３１１上にＳｉＯ２膜３１２が形成され、ＳｉＯ２膜３１２上にＢＰＳＧ膜３１３が形成されてなり、ＢＰＳＧ膜３１３上にパッド（ボンディングパッド）３１５が形成された半導体装置が知られている（特許文献１）。この半導体装置では、パッド３１５を含む金属配線パターンが、バリアメタル膜３１４とアルミニウム合金膜３１５ａとの積層膜により形成されている。また、半導体装置は、ＢＰＳＧ膜３１３、金属配線パターンを覆うＰＳＧ膜１６が形成され、ＰＳＧ膜３１６上にＳｉＮ膜３１８が形成されており、ＰＳＧ膜３１６とＳｉＮ膜３１８とからなる保護膜に、パッド３１５より面積が小さい開孔部３１９が形成されている。また、この半導体装置は、図２９および図３０に示すように、パッド３１５の外周部において当該パッド３１５の三辺にスリット３５０が形成されている（なお、図２９は、図３０のＡ−Ａ’断面図である）。そして、半導体装置は、上述の図２８に示したように、スリット３５０内にボイド３１７が形成されている。
【０００３】
特許文献１には、上述のボイド３１７が形成された半導体装置によれば、保護膜によるパッド３１５の拘束力を弱めることができるから、ワイヤボンディング時に印加される超音波エネルギによりパッド３１５と下地のＢＰＳＧ膜３１３との界面に加わる超音波衝撃のエネルギを減衰させることができ、パッド３１５とＢＰＳＧ膜３１３との密着性を保つことができる旨の記載がされている。
【０００４】
また、半導体装置としては、図３１に示すように、シリコン基板２０１の一表面側に、熱型赤外線検出部２０３と熱型赤外線検出部２０３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ２０４とを有する複数の画素部２０２が形成された赤外線センサも知られている（特許文献２）。ここにおいて、ＭＯＳトランジスタ２０４は、熱型赤外線検出部２０３に並設されている。また、この赤外線センサは、シリコン基板２０１における各熱型赤外線検出部２０３それぞれに対応する部位ごとに、熱絶縁用の空洞部２１１が形成されている。
【０００５】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に形成されている。この熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成された矩形枠状の支持部２３３ａと、支持部２３３ａの内側に配置される矩形状の赤外線吸収部２３３ｂと、支持部２３３ａと赤外線吸収部２３３ｂとを連結する２つの梁部２３３ｃとを有している。
【０００６】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成され圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と当該熱絶縁用シリコン酸化膜２３１上に形成され引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３と、熱絶縁層２３３上に形成された熱電対型の感温部２３６と、熱絶縁層２３３の表面側で感温部２３６を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜２４９と、層間絶縁膜２４９上に形成されたパッシベーション膜２６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。なお、感温部２３６は、熱絶縁層２３３上に形成されたｎ形ポリシリコン層２３４とｐ形ポリシリコン層２３５とを有しており、ｎ形ポリシリコン層２３４およびｐ形ポリシリコン層２３５それぞれの大部分が、層間絶縁膜２４９により覆われている。
【０００７】
また、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側で、各画素部２０２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域２４１が形成され、ウェル領域２４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域２４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域２４４とが離間して形成されている。また、ウェル領域２４１においてドレイン領域２４３とソース領域２４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜２４５を介してポリシリコン層からなるゲート電極２４６が形成されている。また、ドレイン領域２４３上にはドレイン電極２４７が形成され、ソース領域２４４上にはソース電極２４８が形成されている。
【０００８】
また、上述の赤外線センサは、層間絶縁膜２４９上に形成された複数のパッド２８０（図３１（ａ）参照）を備えており、パッシベーション膜２６０に、パッド２８０を露出させる開口部（図示せず）が形成されている。
【０００９】
また、特許文献２には、上述の赤外線センサの製造方法が提案されている。この赤外線センサの製造方法によれば、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、シリコン基板２０１の上記一表面側におけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２にウェル領域２４１を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側を熱酸化することによりゲート絶縁膜２４５を形成する。その後、熱絶縁層２３３上に感温部２３６の構成要素を形成してから、ウェル領域２４１内にドレイン領域２４３およびソース領域２４４を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側に層間絶縁膜２４９を形成した後、各パッド２８０などの基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜を成膜してから当該金属膜をパターニングすることで各パッド２８０などを形成する。続いて、層間絶縁膜２４９の表面側にパッシベーション膜２６０を形成してから、パッシベーション膜２０６に上記開口部を形成することで各パッド２８０を露出させ、その後、シリコン基板２０１に空洞部２１１を形成する。なお、上述の製造方法では、空洞部２１１を形成する空洞部形成工程が終了するまでの全工程をウェハレベル（ウェハの状態）で行い、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行うようにしいている。
【００１０】
上述の製造方法において、熱絶縁層２３３を形成する熱絶縁層形成工程では、まず、シリコン基板２０１の上記一表面側の全面に熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と熱絶縁用シリコン窒化膜２３２とからなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、当該熱絶縁層２３３のうち熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に対応する部分のみを残してＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２２６４０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−４８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、図２８に示した半導体装置では、パッド３１５の外周部近傍にボイド３１７が形成されているので、長期信頼性が低くなってしまう。また、この半導体装置では、製造歩留まりが低くなってしまう。
【００１３】
また、図３１に示した赤外線センサでは、パッド２８０にＡｕワイヤからなるボンディングワイヤを超音波ワイヤボンディングにより接合した後に、ボンディングワイヤの引張試験を行ったところ、パッド２８０の膜厚が１μｍの場合、パッド２８０と当該パッド２８０の下地である層間絶縁膜２４９との積層膜の一部が剥れてしまうという知見を得た。また、本願発明者らは、パッド２８０の膜厚を２μｍに設定しておくことにより、ボンディングワイヤの引張試験において上記積層膜の一部が剥れるのを防止することが可能となる知見を得た。しかしながら、パッド２８０の基礎となるパターニング前の金属膜は、パッド２８０以外の構成要素の基礎ともなるので、膜厚が厚くなると、パッド２８０の外周部およびパッド２８０以外の構成要素を覆うパッシベーション膜２６０のカバレッジが低下して信頼性が低下してしまうなどの懸念がある。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体装置は、半導体基板の一表面側に熱酸化膜とシリコン窒化膜と層間絶縁膜とパッシベーション膜との積層構造を有する半導体装置であって、前記熱酸化膜上にパッドを形成してあることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面の一部を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記半導体基板の前記一表面側に層間絶縁膜を形成し、その後、パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成するようにし、前記基本構造の形成にあたっては、前記シリコン窒化膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、前記層間絶縁膜の形成後であって前記パッドの形成前に前記層間絶縁膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、前記パッドの形成にあたっては、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記シリコン窒化膜上に層間絶縁膜を形成し、その後、前記シリコン窒化膜と前記層間絶縁膜との積層膜のうち前記熱酸化膜におけるパッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去し、その後、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置においては、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法においては、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の半導体装置の要部概略断面図である。
【図２】同上の半導体装置である赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図３】同上の半導体装置である赤外線センサの等価回路図である。
【図４】同上の半導体装置である赤外線センサの要部等価回路図である。
【図５】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の概略平面レイアウト図である。
【図７】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図９】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１０】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１１】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図１２】同上の半導体装置である赤外線センサの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１３】同上の半導体装置である赤外線センサの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１４】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１５】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１６】同上の半導体装置である赤外線センサの要部説明図である。
【図１７】同上の半導体装置である赤外線センサに関し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は、（ａ）のツェナダイオードの拡大図、（ｃ）はツェナダイオードの概略断面図である。
【図１８】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２０】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２１】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２２】同上の半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２３】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２４】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２５】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２６】同上の半導体装置の他の構成例の要部概略断面図である。
【図２７】同上の半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２８】従来例の半導体装置の要部断面図である。
【図２９】同上の半導体装置の主要工程断面図である。
【図３０】同上の半導体装置の要部概略平面図である。
【図３１】他の従来例の半導体装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は要部概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態の半導体装置は、図１に示すように、半導体基板１の一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。
【００２２】
以下、半導体装置の一例として赤外線センサについて図２〜図１７に基づいて説明する。
【００２３】
赤外線センサ１００は、図２に示すように、ａ×ｂ個（図示例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてａ行ｂ列（図示例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、ａ＝８、ｂ＝８としてあるが、ａ≧２、ｂ≧２であればよい。
【００２４】
画素部２は、図３〜図８に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部３０および感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を具備している。
【００２５】
上述のＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８、図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成している。なお、図３には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の赤外線センサ１００の等価回路図を示してある。また、図３の等価回路図では、感温部３０を抵抗の図記号で表してある。
【００２６】
また、図３、図５、図７から分かるように、赤外線センサ１００は、各列のｂ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４−ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第１の配線１０１を備えている。
【００２７】
また、赤外線センサ１００は、各行の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続されたａ個（８個）の第２の配線１０２と、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第３の配線１０３と、各列のａ個（８個）の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｂ個（図３に図示した例では、８個）の第４の配線１０４とを備えている。
【００２８】
上述の赤外線センサ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｂ個の第１のパッドＶout1〜Ｖout8と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のａ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8と、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶchと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶrefinとを備えている。しかして、赤外線センサ１００は、全ての感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。例えば、赤外線センサ１００を制御する制御手段であるＩＣ素子によって、ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位を制御することで、ＩＣ素子が、各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefin、それぞれが、図１におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinのいずれも、パッド８０として説明する。
【００２９】
ここで、第１のパッドＶout1〜Ｖout8の電位をＶout、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位をＶs、第３のパッドＶchの電位をＶwell、第４のパッドＶrefinの電位をＶref、感温部３０の出力電圧をＶo、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶthとする。上述のＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタである場合、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶon、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタをオフ状態とする際の第２のパッド１０２の電位ＶsをＶoffとし、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３０】
また、ＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタである場合、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３１】
本実施形態では、半導体基板１として第２導電形のシリコン基板を用いており、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。そこで、ＩＣ素子が、例えば、第４のパッドＶrefの電位Ｖrefを１．２Ｖ、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶonを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶoffを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧は読み出されない。
【００３２】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために、各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続された複数のツェナダイオードＺＤ（図３、図４、図１７参照）を備えている。ここで、ツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。そして、赤外線センサ１００は、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えており、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣ素子は、ＶhogoとＶwellとを異ならせることが好ましい。ここで、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶzdの電位Ｖhogoを０Ｖとすることが好ましい。
【００３３】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備えており、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子が、Ｖwell＝Ｖsubとすることが好ましい。すなわち、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶsuの電位Ｖsubを１．２Ｖとすることが好ましい。なお、図４の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。また、第５のパッドＶzdおよび第６のパッドＶsuも、それぞれ、図１におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド８０として説明する。
【００３４】
赤外線センサ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ａ×ｂ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図５参照）を直列接続することにより構成されている。
【００３５】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図７、図８参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図７、図８参照）に形成されている。
【００３６】
赤外線センサ１００は、図５〜図８に示すように、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃ（図５参照）とを有している。なお、図５における熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３７】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。
【００３８】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されている。図５における感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、赤外線センサ１００は、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続した感温部３０とすれば、６個のサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。しかも、このような赤外線センサ１００は、６個のサーモパイル３０ａの全てが直列接続されている場合の感温部３０に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００３９】
熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されている。これにより、赤外線センサ１００は、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００４０】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に形成された熱酸化膜１ｂと、当該熱酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００４１】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。
【００４２】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されている。そして、赤外線センサ１００は、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。
【００４３】
また、各画素部２は、空洞部１１の内周形状が矩形状である。各画素部２における連結片３ｃは、図５および図１１（ａ）に示すように、平面視Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００４４】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６により電気的に接続した複数個（図５に示した例では、９個）の熱電対を有している。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と接続部３７とで冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａは、各温接点Ｔ１が、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２が、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位および半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
【００４５】
また、赤外線センサ１００は、空洞部１１の形状が、四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。ここで、図５の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図９に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してある。これに対し、図５の上下方向における上側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図１０に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。また、図５の上下方向における下側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、図５の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００４６】
また、第２の薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図１１参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサ１００では、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図１１に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、半導体基板１としてシリコン基板を用いており、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００４７】
また、赤外線センサ１００は、図１１および図１６（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、赤外線センサ１００では、図１６（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて、連結片３ｃと第２の薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、赤外線センサ１００は、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図１１に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）が３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００４８】
また、赤外線センサ１００は、図５、図９、図１０に示すように、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線（故障診断用のヒータ）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、赤外線センサ１００のａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００４９】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、赤外線センサ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、この赤外線センサ１００では、故障診断用配線１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。上述の故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００５０】
上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。
【００５１】
ところで、本実施形態の赤外線センサ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしている。しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００５２】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができる。また、本実施形態の赤外線センサ１００では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００５３】
また、赤外線センサ１００は、図８、図１２、図１３に示すように、感温部３０の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続されている。また、冷接点Ｔ２側の接続部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００５４】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００５５】
ＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８、図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３と第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００５６】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。
【００５７】
また、ドレイン領域４３上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ソース領域４４上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。
【００５８】
ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５９】
赤外線センサ１００の各画素部２では、図３、図５に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が第４の配線１０４に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２と電気的に接続されている。また、各画素部２では、図７、図８に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のチャネルストッパ領域４２上に、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる電極４９が形成されている。しかして、ウェル領域４１は、チャネルストッパ領域４２および電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。なお、電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００６０】
また、上述のツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶzdと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の１つと電気的に接続されている。
【００６１】
上述の赤外線センサ１００によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れる。しかも、赤外線センサ１００は、故障診断用配線１３９が、熱型赤外線検出部３において半導体基板１の空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、故障診断用配線１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
【００６２】
ここで、赤外線センサ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、赤外線センサ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、例えば、上述のＩＣ素子に設けられた自己診断回路により定期的に行うようにすればよいが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００６３】
また、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。そして、赤外線センサ１００は、各第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れる。しかも、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａにおける全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００６４】
また、赤外線センサ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
【００６５】
また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、故障診断用配線１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
【００６６】
また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側で２次元アレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの故障診断用配線１３９に通電することにより、各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
【００６７】
ところで、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域（パッド形成領域）は、半導体基板１の上記一表面側において、シリコン窒化膜３２を有する熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１を避けて設定してある。
【００６８】
以下、赤外線センサ１００の基本的な製造方法の一例について図１８〜図２２を参照して説明する。
【００６９】
まず、第２導電形のシリコン基板からなる半導体基板１の上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１８（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１を所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成してあり、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００７０】
上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内に第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行う。その後、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧Ｖthを制御するためのイオン注入工程を行うことによって、図１８（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜５１を選択的に形成する。その後、ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングする。続いて、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程およびイオン注入工程それぞれにおいてイオン注入後に、ドライブインを行うことで半導体基板１の上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜５２を選択的に形成する。赤外線センサ１００では、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、半導体基板１の上記一表面側の熱酸化膜１ｂを構成している。したがって、上述のイオン注入工程が終了した時点では、図２２（ａ）に示すように半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造が形成されている。なお、図２２（ａ）において、熱酸化膜１ｂのうちシリコン窒化膜３２で覆われている部分の膜厚は０．３μｍ、シリコン窒化膜３２で覆われていない部分の膜厚は０．８μｍ程度である。
【００７１】
上述のイオン注入工程の後、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３および第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。このソース・ドレイン形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域に第２導電形の不純物（ここでは、ｎ形の不純物であり、例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。
【００７２】
ソース・ドレイン形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側に例えば熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、第２の配線１０２（図５参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、第２の配線１０２、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形の不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２に対応する部分にｎ形の不純物例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１９（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００７３】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１１、図１２、図１４参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１９（ｂ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。この層間絶縁膜形成工程が終了した時点では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０（図１参照）の形成予定領域付近については、図２２（ｂ）に示すような構造が得られる。また、コンタクトホール形成工程において、層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにしている。したがって、コンタクトホール形成工程が終了した時点では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０（図１参照）の形成予定領域付近については、図２２（ｃ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域は、当該形成予定領域の周部よりも膜厚が薄く０．４μｍ程度となっている。これは、コンタクトホール形成工程でのオーバーエッチング時間（層間絶縁膜５０のジャストエッチング時間からの追加のオーバーエッチング時間）に起因するものであるが、オーバーエッチングにより、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に層間絶縁膜５０が残存するのを防止することが可能となる。なお、図２２（ｃ）に示した例では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域を含む平面へのシリコン窒化膜３２の投影領域と熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域との距離Ｈ１を２μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００７４】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０など（図３、図１参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０などを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図２０（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００７５】
上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図２０（ｂ）に示す構造を得る。
【００７６】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図２１（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、各スリット１３，１４を形成している。
【００７７】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパッシベーション膜６０に各パッド８０を各別に露出させる各開口部６１を形成する開口部形成工程を行うことによって、図２２（ｄ）に示す構造を得る。ここで、開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。なお、開口部６１の投影領域とパッド８０の予定領域との距離Ｈ２を５μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００７８】
次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図２１（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。ここで、空洞部形成工程では、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサ１００に分離する分離工程を行えばよい。また、上述の製造方法では、ツェナダイオードＺＤの製造工程について説明を省略したが、周知の一般的なツェナダイオードの製造方法を適宜採用すればよい。
【００７９】
上述の赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
【００８０】
ところで、上述のＩＣ素子は、赤外線センサ１００を制御する制御回路、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，Ｖzdそれぞれと電気的に接続される複数のパッドと、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成としてあるが、回路構成は特に限定するものではない。また、ＩＣ素子は、上述の自己診断回路も備えている。
【００８１】
赤外線センサ１００のパッド８０とＩＣ素子のパッドとは、ボンディングワイヤ９０（図１参照）を介して接続すればよい。この場合のボンディングワイヤ９０としては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。
【００８２】
ここで、赤外線センサ１００では、例えばＩＣ素子によって上述のＶref、Ｖwellの条件で制御することによって、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。すなわち、赤外線センサ１００は、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、チャネル形成用領域であるウェル領域４１を通るリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００８３】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために各第２の配線１０２それぞれにカソード（カソード電極８４ａ）が接続された複数のツェナダイオードＺＤを備えているので、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止することができ、ゲート絶縁膜４５の絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００８４】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、上述のツェナダイオードＺＤが、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものであり、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えているので、例えば上述のＩＣ素子によってＶhogoとＶwellとを異ならせることによって、ＭＯＳトランジスタ４のゲート絶縁膜４５を保護しつつ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００８５】
また、赤外線センサ１００は、例えば上述のＩＣ素子によって、Ｖref＝Ｖwellとするようにすれば、感温部３０の出力電圧Ｖoが小さい場合でも、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができる。ここで、赤外線センサ１００において、第４のパッドＶrefinと第３のパッドＶchとを１個に共通化すれば、パッド数の低減を図れる。赤外線センサ１００では、ＩＣ素子によって、ＶrefとＶwellとを略同じとすることが好ましく、Ｖref＝Ｖwellとすることがより好ましい。
【００８６】
また、赤外線センサ１００では、半導体基板１の導電形が第２導電形であり、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備え、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子１２２が、第３のパッドＶchの電位Ｖwellと第６のパッドＶsuの電位Ｖsubとを等しくする、すなわち、赤外線センサ１００は、Ｖwell＝Ｖsubとすることによって、チャネル形成用領域であるウェル領域４１と半導体基板１との電位差をなくすことが可能となり、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３（図４参照）にリーク電流が流れるのを抑制することが可能となる。この場合、赤外線センサ１００において、第４のパッドＶrefinと第３のパッドＶchと第６のパッドＶsuとを１個に共通化すれば、パッド数の低減を図れる。
【００８７】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１の導電形が第２導電形であって、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であり、例えば上述のＩＣ素子によって、Ｖhogo≦Ｖoff、且つ、Ｖhogo≦Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。
【００８８】
また、赤外線センサ１００について、ここまでは、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形である一例（この一例では、ＭＯＳトランジスタ４が、ｎＭＯＳトランジスタである）について説明したが、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形でもよい。この他の例（この他の例では、ＭＯＳトランジスタ４が、ｐＭＯＳトランジスタである）では、例えば上述のＩＣ素子が、Ｖhogo≧Ｖoff、且つ、Ｖhogo≧Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。
【００８９】
ここで、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図２３〜図２５に示すようにｐ形でもよい。図２３は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２４は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２５は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ＋）とする例である。
【００９０】
なお、上述の赤外線センサ１００において、半導体基板１の空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサ１００は、熱電変換部である感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置されたものであればよく、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、感温部３０は、１ないし複数のサーモパイル３０ａにより構成されるものに限らず、例えば、熱電対でもよいし、抵抗ボロメータでもよいし、焦電素子でもよく、感温部３０の構成に応じて、ＩＣ素子の回路構成を適宜変更すればよい。
【００９１】
以上説明した赤外線センサ１００からなる半導体装置は、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。ここにおいて、半導体装置のパッド８０を膜厚が１μｍの金属膜（Ａｌ−Ｓｉ膜）として、パッド８０にＡｕワイヤからなるボンディングワイヤ９０を超音波ワイヤボンディングにより接合してから、ボンディングワイヤ９０の引張試験を行ったところ、ボンディングワイヤ９０が剪断するだけで、パッド８０と当該パッド８０の下地である層間絶縁膜５０との積層膜の一部が剥れたり、パッド８０が剥れることはなかった。また、ボンディングワイヤ９０のシェア試験を行っても、パッド８０と当該パッド８０の下地である層間絶縁膜５０との積層膜の一部が剥れたり、パッド８０が剥れることはなかった。したがって、本実施形態の半導体装置では、パッド８０と当該パッド８０の下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能となる。これは、本実施形態の半導体装置では、パッド８０の下地を、層間絶縁膜５０に比べて、破壊強度が高く、且つ、パッド８０を構成する金属膜との密着性の高い熱酸化膜１ｂにより構成しているためであると考えられる。ここで、本実施形態の半導体装置では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域の膜厚を当該形成予定領域の周部の膜厚よりも薄く設定しておくことにより、製造時の層間絶縁膜５０の膜厚の面内ばらつきや層間絶縁膜５０のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間に層間絶縁膜５０の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【００９２】
また、上述の半導体装置の製造方法では、図２２に示すように、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成してから、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成し、その後、パッド８０を形成し、更にその後、パッシベーション膜６０を形成してから、パッシベーション膜６０にパッド８０を露出させる開口部６１を形成するようにしている。ここにおいて、この半導体装置の製造方法では、基本構造の形成にあたっては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、層間絶縁膜５０の形成後であってパッド８０の形成前に層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、パッド８０の形成にあたっては、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にパッド８０を形成する。しかして、この半導体装置の製造方法によれば、パッド８０と当該パッド８０の下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することが可能となり、また、図２８の従来例のようなボイド３１７を形成する必要もないから、製造歩留まりも向上する。この製造方法においては、層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する際に、熱酸化膜１ｂの一部をオーバーエッチングすることにより、製造時の層間絶縁膜５０の膜厚の面内ばらつきや層間絶縁膜５０のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間に層間絶縁膜５０の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【００９３】
ところで、上述の半導体装置の構造に限らず、例えば、図２６に示すように、シリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０との積層膜に開口部６１を形成し且つ開口部６１においてシリコン窒化膜３２での開口面積よりも層間絶縁膜５０での開口面積を大きくしてある構造を採用してもよい。この図２６の半導体装置では、図１の半導体装置に比べて、パッド８０の基礎となる金属膜のカバレッジを向上させることが可能となり、信頼性を、より向上させることが可能となる。このような半導体装置を上述の赤外線センサ１００で実現するには、熱酸化膜１ｂにおいてパッド８０の形成予定領域となる部分が、第１のシリコン酸化膜３１のみにより構成されるように、上述の絶縁層パターニング工程で用いるフォトマスクを設計変更すればよい。すなわち、絶縁層パターニング工程が終了した時点で第１のシリコン酸化膜３１上にシリコン窒化膜３２が残るように、上述のフォトマスクを設計変更すればよい。
【００９４】
この図２６に示した構造を有する半導体装置の製造方法について図２７に基づいて説明する。
【００９５】
半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成することによって、図２７（ａ）に示す構造を得る。
【００９６】
その後、シリコン窒化膜３２上に層間絶縁膜５０を形成することによって、図２７（ｂ）に示す構造を得る。
【００９７】
その後、シリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０との積層膜のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去することによって、図２７（ｄ）に示す構造を得る。ここでは、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されているシリコン窒化膜３２をエッチングストッパ層として層間絶縁膜５０のエッチングを行い（上述の赤外線センサ１００の製造方法では、コンタクトホール形成工程において、このエッチングを行う）、その後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを利用して熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されているシリコン窒化膜３２を除去する。ここにおいて、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域は、当該形成予定領域の周部よりも膜厚が薄く０．２５μｍ程度となっている。これは、シリコン窒化膜３２のエッチング時のオーバーエッチング時間（シリコン窒化膜３２のジャストエッチング時間からの追加のオーバーエッチング時間）に起因するものであるが、オーバーエッチングにより、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にシリコン窒化膜３２が残存するのを防止することが可能となる。なお、図２７（ｄ）に示した例では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域を含む平面への層間絶縁膜５０の投影領域と熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域との距離Ｈ１１を２μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００９８】
図２７（ｄ）の構造を得た後、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にパッド８０を形成し、更にその後、パッシベーション膜６０を形成してから、パッシベーション膜６０にパッド８０を露出させる開口部６１を形成することによって、図２７（ｅ）に示す構造を得る。
【００９９】
このような半導体装置の製造方法によれば、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０直下の部位の膜厚のばらつきを小さくすることが可能となる。また、図２７（ｅ）に示すように、開口部６１の投影領域とパッド８０の予定領域との距離Ｈ１２を図２２（ｄ）における距離Ｈ２と同じ（例えば、５μｍ）に設定した場合に、パッド８０の基礎となる金属膜のカバレッジを向上させることが可能となり、信頼性を、より向上させることが可能となる。また、この製造方法においては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する際に、熱酸化膜１ｂの一部をオーバーエッチングすることにより、製造時のシリコン窒化膜３２の膜厚の面内ばらつきやシリコン窒化膜３２のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間にシリコン窒化膜３２の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【０１００】
ところで、半導体装置は、赤外線センサ１００に限らず、例えば、加速度センサ、圧力センサ、上述のＩＣ素子やその他のＩＣ素子などでもよい。半導体基板１は、シリコン基板に限らず、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板でもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体基板
１ｂ 熱酸化膜
３２ シリコン窒化膜
５０ 層間絶縁膜
６０ パッシベーション膜
６１ 開口部
８０ パッド
１００ 赤外線センサ（半導体装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２８に示すように、シリコン基板３１１上にＳｉＯ２膜３１２が形成され、ＳｉＯ２膜３１２上にＢＰＳＧ膜３１３が形成されてなり、ＢＰＳＧ膜３１３上にパッド（ボンディングパッド）３１５が形成された半導体装置が知られている（特許文献１）。この半導体装置では、パッド３１５を含む金属配線パターンが、バリアメタル膜３１４とアルミニウム合金膜３１５ａとの積層膜により形成されている。また、半導体装置は、ＢＰＳＧ膜３１３、金属配線パターンを覆うＰＳＧ膜１６が形成され、ＰＳＧ膜３１６上にＳｉＮ膜３１８が形成されており、ＰＳＧ膜３１６とＳｉＮ膜３１８とからなる保護膜に、パッド３１５より面積が小さい開孔部３１９が形成されている。また、この半導体装置は、図２９および図３０に示すように、パッド３１５の外周部において当該パッド３１５の三辺にスリット３５０が形成されている（なお、図２９は、図３０のＡ−Ａ’断面図である）。そして、半導体装置は、上述の図２８に示したように、スリット３５０内にボイド３１７が形成されている。
【０００３】
特許文献１には、上述のボイド３１７が形成された半導体装置によれば、保護膜によるパッド３１５の拘束力を弱めることができるから、ワイヤボンディング時に印加される超音波エネルギによりパッド３１５と下地のＢＰＳＧ膜３１３との界面に加わる超音波衝撃のエネルギを減衰させることができ、パッド３１５とＢＰＳＧ膜３１３との密着性を保つことができる旨の記載がされている。
【０００４】
また、半導体装置としては、図３１に示すように、シリコン基板２０１の一表面側に、熱型赤外線検出部２０３と熱型赤外線検出部２０３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ２０４とを有する複数の画素部２０２が形成された赤外線センサも知られている（特許文献２）。ここにおいて、ＭＯＳトランジスタ２０４は、熱型赤外線検出部２０３に並設されている。また、この赤外線センサは、シリコン基板２０１における各熱型赤外線検出部２０３それぞれに対応する部位ごとに、熱絶縁用の空洞部２１１が形成されている。
【０００５】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に形成されている。この熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成された矩形枠状の支持部２３３ａと、支持部２３３ａの内側に配置される矩形状の赤外線吸収部２３３ｂと、支持部２３３ａと赤外線吸収部２３３ｂとを連結する２つの梁部２３３ｃとを有している。
【０００６】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成され圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と当該熱絶縁用シリコン酸化膜２３１上に形成され引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３と、熱絶縁層２３３上に形成された熱電対型の感温部２３６と、熱絶縁層２３３の表面側で感温部２３６を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜２４９と、層間絶縁膜２４９上に形成されたパッシベーション膜２６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。なお、感温部２３６は、熱絶縁層２３３上に形成されたｎ形ポリシリコン層２３４とｐ形ポリシリコン層２３５とを有しており、ｎ形ポリシリコン層２３４およびｐ形ポリシリコン層２３５それぞれの大部分が、層間絶縁膜２４９により覆われている。
【０００７】
また、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側で、各画素部２０２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域２４１が形成され、ウェル領域２４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域２４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域２４４とが離間して形成されている。また、ウェル領域２４１においてドレイン領域２４３とソース領域２４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜２４５を介してポリシリコン層からなるゲート電極２４６が形成されている。また、ドレイン領域２４３上にはドレイン電極２４７が形成され、ソース領域２４４上にはソース電極２４８が形成されている。
【０００８】
また、上述の赤外線センサは、層間絶縁膜２４９上に形成された複数のパッド２８０（図３１（ａ）参照）を備えており、パッシベーション膜２６０に、パッド２８０を露出させる開口部（図示せず）が形成されている。
【０００９】
また、特許文献２には、上述の赤外線センサの製造方法が提案されている。この赤外線センサの製造方法によれば、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、シリコン基板２０１の上記一表面側におけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２にウェル領域２４１を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側を熱酸化することによりゲート絶縁膜２４５を形成する。その後、熱絶縁層２３３上に感温部２３６の構成要素を形成してから、ウェル領域２４１内にドレイン領域２４３およびソース領域２４４を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側に層間絶縁膜２４９を形成した後、各パッド２８０などの基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜を成膜してから当該金属膜をパターニングすることで各パッド２８０などを形成する。続いて、層間絶縁膜２４９の表面側にパッシベーション膜２６０を形成してから、パッシベーション膜２０６に上記開口部を形成することで各パッド２８０を露出させ、その後、シリコン基板２０１に空洞部２１１を形成する。なお、上述の製造方法では、空洞部２１１を形成する空洞部形成工程が終了するまでの全工程をウェハレベル（ウェハの状態）で行い、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行うようにしいている。
【００１０】
上述の製造方法において、熱絶縁層２３３を形成する熱絶縁層形成工程では、まず、シリコン基板２０１の上記一表面側の全面に熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と熱絶縁用シリコン窒化膜２３２とからなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、当該熱絶縁層２３３のうち熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に対応する部分のみを残してＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２２６４０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−４８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、図２８に示した半導体装置では、パッド３１５の外周部近傍にボイド３１７が形成されているので、長期信頼性が低くなってしまう。また、この半導体装置では、製造歩留まりが低くなってしまう。
【００１３】
また、図３１に示した赤外線センサでは、パッド２８０にＡｕワイヤからなるボンディングワイヤを超音波ワイヤボンディングにより接合した後に、ボンディングワイヤの引張試験を行ったところ、パッド２８０の膜厚が１μｍの場合、パッド２８０と当該パッド２８０の下地である層間絶縁膜２４９との積層膜の一部が剥れてしまうという知見を得た。また、本願発明者らは、パッド２８０の膜厚を２μｍに設定しておくことにより、ボンディングワイヤの引張試験において上記積層膜の一部が剥れるのを防止することが可能となる知見を得た。しかしながら、パッド２８０の基礎となるパターニング前の金属膜は、パッド２８０以外の構成要素の基礎ともなるので、膜厚が厚くなると、パッド２８０の外周部およびパッド２８０以外の構成要素を覆うパッシベーション膜２６０のカバレッジが低下して信頼性が低下してしまうなどの懸念がある。
【００１４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体装置は、半導体基板の一表面側に熱酸化膜とシリコン窒化膜と層間絶縁膜とパッシベーション膜との積層構造を有する半導体装置であって、前記熱酸化膜上にパッドを形成してあることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面の一部を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記半導体基板の前記一表面側に層間絶縁膜を形成し、その後、パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成するようにし、前記基本構造の形成にあたっては、前記シリコン窒化膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、前記層間絶縁膜の形成後であって前記パッドの形成前に前記層間絶縁膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、前記パッドの形成にあたっては、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記シリコン窒化膜上に層間絶縁膜を形成し、その後、前記シリコン窒化膜と前記層間絶縁膜との積層膜のうち前記熱酸化膜におけるパッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去し、その後、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置においては、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法においては、パッドと当該パッドの下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の半導体装置の要部概略断面図である。
【図２】同上の半導体装置である赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図３】同上の半導体装置である赤外線センサの等価回路図である。
【図４】同上の半導体装置である赤外線センサの要部等価回路図である。
【図５】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の概略平面レイアウト図である。
【図７】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図９】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１０】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１１】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図１２】同上の半導体装置である赤外線センサの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１３】同上の半導体装置である赤外線センサの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１４】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１５】同上の半導体装置である赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１６】同上の半導体装置である赤外線センサの要部説明図である。
【図１７】同上の半導体装置である赤外線センサに関し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は、（ａ）のツェナダイオードの拡大図、（ｃ）はツェナダイオードの概略断面図である。
【図１８】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２０】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２１】同上の半導体装置である赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２２】同上の半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２３】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２４】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２５】同上の半導体装置である赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２６】同上の半導体装置の他の構成例の要部概略断面図である。
【図２７】同上の半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２８】従来例の半導体装置の要部断面図である。
【図２９】同上の半導体装置の主要工程断面図である。
【図３０】同上の半導体装置の要部概略平面図である。
【図３１】他の従来例の半導体装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は要部概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態の半導体装置は、図１に示すように、半導体基板１の一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。
【００２２】
以下、半導体装置の一例として赤外線センサについて図２〜図１７に基づいて説明する。
【００２３】
赤外線センサ１００は、図２に示すように、ａ×ｂ個（図示例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてａ行ｂ列（図示例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、ａ＝８、ｂ＝８としてあるが、ａ≧２、ｂ≧２であればよい。
【００２４】
画素部２は、図３〜図８に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部３０および感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を具備している。
【００２５】
上述のＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８、図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成している。なお、図３には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の赤外線センサ１００の等価回路図を示してある。また、図３の等価回路図では、感温部３０を抵抗の図記号で表してある。
【００２６】
また、図３、図５、図７から分かるように、赤外線センサ１００は、各列のｂ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４−ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第１の配線１０１を備えている。
【００２７】
また、赤外線センサ１００は、各行の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続されたａ個（８個）の第２の配線１０２と、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第３の配線１０３と、各列のａ個（８個）の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｂ個（図３に図示した例では、８個）の第４の配線１０４とを備えている。
【００２８】
上述の赤外線センサ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｂ個の第１のパッドＶout1〜Ｖout8と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のａ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8と、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶchと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶrefinとを備えている。しかして、赤外線センサ１００は、全ての感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。例えば、赤外線センサ１００を制御する制御手段であるＩＣ素子によって、ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位を制御することで、ＩＣ素子が、各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefin、それぞれが、図１におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinのいずれも、パッド８０として説明する。
【００２９】
ここで、第１のパッドＶout1〜Ｖout8の電位をＶout、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位をＶs、第３のパッドＶchの電位をＶwell、第４のパッドＶrefinの電位をＶref、感温部３０の出力電圧をＶo、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶthとする。上述のＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタである場合、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶon、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタをオフ状態とする際の第２のパッド１０２の電位ＶsをＶoffとし、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３０】
また、ＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタである場合、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３１】
本実施形態では、半導体基板１として第２導電形のシリコン基板を用いており、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。そこで、ＩＣ素子が、例えば、第４のパッドＶrefの電位Ｖrefを１．２Ｖ、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶonを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶoffを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧は読み出されない。
【００３２】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために、各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続された複数のツェナダイオードＺＤ（図３、図４、図１７参照）を備えている。ここで、ツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。そして、赤外線センサ１００は、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えており、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣ素子は、ＶhogoとＶwellとを異ならせることが好ましい。ここで、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶzdの電位Ｖhogoを０Ｖとすることが好ましい。
【００３３】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備えており、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子が、Ｖwell＝Ｖsubとすることが好ましい。すなわち、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶsuの電位Ｖsubを１．２Ｖとすることが好ましい。なお、図４の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。また、第５のパッドＶzdおよび第６のパッドＶsuも、それぞれ、図１におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド８０として説明する。
【００３４】
赤外線センサ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ａ×ｂ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図５参照）を直列接続することにより構成されている。
【００３５】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図７、図８参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図７、図８参照）に形成されている。
【００３６】
赤外線センサ１００は、図５〜図８に示すように、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃ（図５参照）とを有している。なお、図５における熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３７】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。
【００３８】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されている。図５における感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、赤外線センサ１００は、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続した感温部３０とすれば、６個のサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。しかも、このような赤外線センサ１００は、６個のサーモパイル３０ａの全てが直列接続されている場合の感温部３０に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００３９】
熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されている。これにより、赤外線センサ１００は、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００４０】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に形成された熱酸化膜１ｂと、当該熱酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００４１】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。
【００４２】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されている。そして、赤外線センサ１００は、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。
【００４３】
また、各画素部２は、空洞部１１の内周形状が矩形状である。各画素部２における連結片３ｃは、図５および図１１（ａ）に示すように、平面視Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００４４】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６により電気的に接続した複数個（図５に示した例では、９個）の熱電対を有している。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と接続部３７とで冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａは、各温接点Ｔ１が、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２が、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位および半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
【００４５】
また、赤外線センサ１００は、空洞部１１の形状が、四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。ここで、図５の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図９に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してある。これに対し、図５の上下方向における上側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図１０に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。また、図５の上下方向における下側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、図５の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００４６】
また、第２の薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図１１参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサ１００では、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図１１に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、半導体基板１としてシリコン基板を用いており、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００４７】
また、赤外線センサ１００は、図１１および図１６（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、赤外線センサ１００では、図１６（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて、連結片３ｃと第２の薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、赤外線センサ１００は、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図１１に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）が３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００４８】
また、赤外線センサ１００は、図５、図９、図１０に示すように、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線（故障診断用のヒータ）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、赤外線センサ１００のａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００４９】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ａ×ｂ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、赤外線センサ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、この赤外線センサ１００では、故障診断用配線１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。上述の故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００５０】
上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。
【００５１】
ところで、本実施形態の赤外線センサ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしている。しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００５２】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができる。また、本実施形態の赤外線センサ１００では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００５３】
また、赤外線センサ１００は、図８、図１２、図１３に示すように、感温部３０の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続されている。また、冷接点Ｔ２側の接続部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００５４】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００５５】
ＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８、図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３と第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００５６】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。
【００５７】
また、ドレイン領域４３上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ソース領域４４上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。
【００５８】
ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５９】
赤外線センサ１００の各画素部２では、図３、図５に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が第４の配線１０４に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２と電気的に接続されている。また、各画素部２では、図７、図８に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のチャネルストッパ領域４２上に、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる電極４９が形成されている。しかして、ウェル領域４１は、チャネルストッパ領域４２および電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。なお、電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００６０】
また、上述のツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶzdと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の１つと電気的に接続されている。
【００６１】
上述の赤外線センサ１００によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れる。しかも、赤外線センサ１００は、故障診断用配線１３９が、熱型赤外線検出部３において半導体基板１の空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、故障診断用配線１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
【００６２】
ここで、赤外線センサ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、赤外線センサ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、例えば、上述のＩＣ素子に設けられた自己診断回路により定期的に行うようにすればよいが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００６３】
また、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。そして、赤外線センサ１００は、各第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れる。しかも、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａにおける全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００６４】
また、赤外線センサ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
【００６５】
また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、故障診断用配線１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
【００６６】
また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側で２次元アレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの故障診断用配線１３９に通電することにより、各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
【００６７】
ところで、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域（パッド形成領域）は、半導体基板１の上記一表面側において、シリコン窒化膜３２を有する熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１を避けて設定してある。
【００６８】
以下、赤外線センサ１００の基本的な製造方法の一例について図１８〜図２２を参照して説明する。
【００６９】
まず、第２導電形のシリコン基板からなる半導体基板１の上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１８（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１を所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成してあり、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００７０】
上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内に第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行う。その後、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧Ｖthを制御するためのイオン注入工程を行うことによって、図１８（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜５１を選択的に形成する。その後、ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングする。続いて、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程およびイオン注入工程それぞれにおいてイオン注入後に、ドライブインを行うことで半導体基板１の上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜５２を選択的に形成する。赤外線センサ１００では、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、半導体基板１の上記一表面側の熱酸化膜１ｂを構成している。したがって、上述のイオン注入工程が終了した時点では、図２２（ａ）に示すように半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造が形成されている。なお、図２２（ａ）において、熱酸化膜１ｂのうちシリコン窒化膜３２で覆われている部分の膜厚は０．３μｍ、シリコン窒化膜３２で覆われていない部分の膜厚は０．８μｍ程度である。
【００７１】
上述のイオン注入工程の後、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３および第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。このソース・ドレイン形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域に第２導電形の不純物（ここでは、ｎ形の不純物であり、例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。
【００７２】
ソース・ドレイン形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側に例えば熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、第２の配線１０２（図５参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、第２の配線１０２、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形の不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２に対応する部分にｎ形の不純物例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１９（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００７３】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１１、図１２、図１４参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１９（ｂ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。この層間絶縁膜形成工程が終了した時点では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０（図１参照）の形成予定領域付近については、図２２（ｂ）に示すような構造が得られる。また、コンタクトホール形成工程において、層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにしている。したがって、コンタクトホール形成工程が終了した時点では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０（図１参照）の形成予定領域付近については、図２２（ｃ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域は、当該形成予定領域の周部よりも膜厚が薄く０．４μｍ程度となっている。これは、コンタクトホール形成工程でのオーバーエッチング時間（層間絶縁膜５０のジャストエッチング時間からの追加のオーバーエッチング時間）に起因するものであるが、オーバーエッチングにより、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に層間絶縁膜５０が残存するのを防止することが可能となる。なお、図２２（ｃ）に示した例では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域を含む平面へのシリコン窒化膜３２の投影領域と熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域との距離Ｈ１を２μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００７４】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０など（図３、図１参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０などを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図２０（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００７５】
上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図２０（ｂ）に示す構造を得る。
【００７６】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図２１（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、各スリット１３，１４を形成している。
【００７７】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパッシベーション膜６０に各パッド８０を各別に露出させる各開口部６１を形成する開口部形成工程を行うことによって、図２２（ｄ）に示す構造を得る。ここで、開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。なお、開口部６１の投影領域とパッド８０の予定領域との距離Ｈ２を５μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００７８】
次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図２１（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。ここで、空洞部形成工程では、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサ１００に分離する分離工程を行えばよい。また、上述の製造方法では、ツェナダイオードＺＤの製造工程について説明を省略したが、周知の一般的なツェナダイオードの製造方法を適宜採用すればよい。
【００７９】
上述の赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
【００８０】
ところで、上述のＩＣ素子は、赤外線センサ１００を制御する制御回路、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，Ｖzdそれぞれと電気的に接続される複数のパッドと、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成としてあるが、回路構成は特に限定するものではない。また、ＩＣ素子は、上述の自己診断回路も備えている。
【００８１】
赤外線センサ１００のパッド８０とＩＣ素子のパッドとは、ボンディングワイヤ９０（図１参照）を介して接続すればよい。この場合のボンディングワイヤ９０としては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。
【００８２】
ここで、赤外線センサ１００では、例えばＩＣ素子によって上述のＶref、Ｖwellの条件で制御することによって、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。すなわち、赤外線センサ１００は、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、チャネル形成用領域であるウェル領域４１を通るリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００８３】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために各第２の配線１０２それぞれにカソード（カソード電極８４ａ）が接続された複数のツェナダイオードＺＤを備えているので、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止することができ、ゲート絶縁膜４５の絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００８４】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、上述のツェナダイオードＺＤが、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものであり、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えているので、例えば上述のＩＣ素子によってＶhogoとＶwellとを異ならせることによって、ＭＯＳトランジスタ４のゲート絶縁膜４５を保護しつつ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００８５】
また、赤外線センサ１００は、例えば上述のＩＣ素子によって、Ｖref＝Ｖwellとするようにすれば、感温部３０の出力電圧Ｖoが小さい場合でも、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができる。ここで、赤外線センサ１００において、第４のパッドＶrefinと第３のパッドＶchとを１個に共通化すれば、パッド数の低減を図れる。赤外線センサ１００では、ＩＣ素子によって、ＶrefとＶwellとを略同じとすることが好ましく、Ｖref＝Ｖwellとすることがより好ましい。
【００８６】
また、赤外線センサ１００では、半導体基板１の導電形が第２導電形であり、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備え、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子１２２が、第３のパッドＶchの電位Ｖwellと第６のパッドＶsuの電位Ｖsubとを等しくする、すなわち、赤外線センサ１００は、Ｖwell＝Ｖsubとすることによって、チャネル形成用領域であるウェル領域４１と半導体基板１との電位差をなくすことが可能となり、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３（図４参照）にリーク電流が流れるのを抑制することが可能となる。この場合、赤外線センサ１００において、第４のパッドＶrefinと第３のパッドＶchと第６のパッドＶsuとを１個に共通化すれば、パッド数の低減を図れる。
【００８７】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１の導電形が第２導電形であって、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であり、例えば上述のＩＣ素子によって、Ｖhogo≦Ｖoff、且つ、Ｖhogo≦Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。
【００８８】
また、赤外線センサ１００について、ここまでは、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形である一例（この一例では、ＭＯＳトランジスタ４が、ｎＭＯＳトランジスタである）について説明したが、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形でもよい。この他の例（この他の例では、ＭＯＳトランジスタ４が、ｐＭＯＳトランジスタである）では、例えば上述のＩＣ素子が、Ｖhogo≧Ｖoff、且つ、Ｖhogo≧Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。
【００８９】
ここで、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図２３〜図２５に示すようにｐ形でもよい。図２３は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２４は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２５は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ＋）とする例である。
【００９０】
なお、上述の赤外線センサ１００において、半導体基板１の空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサ１００は、熱電変換部である感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置されたものであればよく、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、感温部３０は、１ないし複数のサーモパイル３０ａにより構成されるものに限らず、例えば、熱電対でもよいし、抵抗ボロメータでもよいし、焦電素子でもよく、感温部３０の構成に応じて、ＩＣ素子の回路構成を適宜変更すればよい。
【００９１】
以上説明した赤外線センサ１００からなる半導体装置は、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層構造を有する半導体装置であって、熱酸化膜１ｂ上にパッド８０を形成してある。ここにおいて、半導体装置のパッド８０を膜厚が１μｍの金属膜（Ａｌ−Ｓｉ膜）として、パッド８０にＡｕワイヤからなるボンディングワイヤ９０を超音波ワイヤボンディングにより接合してから、ボンディングワイヤ９０の引張試験を行ったところ、ボンディングワイヤ９０が剪断するだけで、パッド８０と当該パッド８０の下地である層間絶縁膜５０との積層膜の一部が剥れたり、パッド８０が剥れることはなかった。また、ボンディングワイヤ９０のシェア試験を行っても、パッド８０と当該パッド８０の下地である層間絶縁膜５０との積層膜の一部が剥れたり、パッド８０が剥れることはなかった。したがって、本実施形態の半導体装置では、パッド８０と当該パッド８０の下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能となる。これは、本実施形態の半導体装置では、パッド８０の下地を、層間絶縁膜５０に比べて、破壊強度が高く、且つ、パッド８０を構成する金属膜との密着性の高い熱酸化膜１ｂにより構成しているためであると考えられる。ここで、本実施形態の半導体装置では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域の膜厚を当該形成予定領域の周部の膜厚よりも薄く設定しておくことにより、製造時の層間絶縁膜５０の膜厚の面内ばらつきや層間絶縁膜５０のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間に層間絶縁膜５０の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【００９２】
また、上述の半導体装置の製造方法では、図２２に示すように、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面の一部を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成してから、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成し、その後、パッド８０を形成し、更にその後、パッシベーション膜６０を形成してから、パッシベーション膜６０にパッド８０を露出させる開口部６１を形成するようにしている。ここにおいて、この半導体装置の製造方法では、基本構造の形成にあたっては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、層間絶縁膜５０の形成後であってパッド８０の形成前に層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、パッド８０の形成にあたっては、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にパッド８０を形成する。しかして、この半導体装置の製造方法によれば、パッド８０と当該パッド８０の下地との密着性の向上および信頼性の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することが可能となり、また、図２８の従来例のようなボイド３１７を形成する必要もないから、製造歩留まりも向上する。この製造方法においては、層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する際に、熱酸化膜１ｂの一部をオーバーエッチングすることにより、製造時の層間絶縁膜５０の膜厚の面内ばらつきや層間絶縁膜５０のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間に層間絶縁膜５０の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【００９３】
ところで、上述の半導体装置の構造に限らず、例えば、図２６に示すように、シリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０との積層膜に開口部６１を形成し且つ開口部６１においてシリコン窒化膜３２での開口面積よりも層間絶縁膜５０での開口面積を大きくしてある構造を採用してもよい。この図２６の半導体装置では、図１の半導体装置に比べて、パッド８０の基礎となる金属膜のカバレッジを向上させることが可能となり、信頼性を、より向上させることが可能となる。このような半導体装置を上述の赤外線センサ１００で実現するには、熱酸化膜１ｂにおいてパッド８０の形成予定領域となる部分が、第１のシリコン酸化膜３１のみにより構成されるように、上述の絶縁層パターニング工程で用いるフォトマスクを設計変更すればよい。すなわち、絶縁層パターニング工程が終了した時点で第１のシリコン酸化膜３１上にシリコン窒化膜３２が残るように、上述のフォトマスクを設計変更すればよい。
【００９４】
この図２６に示した構造を有する半導体装置の製造方法について図２７に基づいて説明する。
【００９５】
半導体基板１の上記一表面側に熱酸化膜１ｂと熱酸化膜１ｂの表面を覆うシリコン窒化膜３２とを有する基本構造を形成することによって、図２７（ａ）に示す構造を得る。
【００９６】
その後、シリコン窒化膜３２上に層間絶縁膜５０を形成することによって、図２７（ｂ）に示す構造を得る。
【００９７】
その後、シリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０との積層膜のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去することによって、図２７（ｄ）に示す構造を得る。ここでは、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されているシリコン窒化膜３２をエッチングストッパ層として層間絶縁膜５０のエッチングを行い（上述の赤外線センサ１００の製造方法では、コンタクトホール形成工程において、このエッチングを行う）、その後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを利用して熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されているシリコン窒化膜３２を除去する。ここにおいて、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域は、当該形成予定領域の周部よりも膜厚が薄く０．２５μｍ程度となっている。これは、シリコン窒化膜３２のエッチング時のオーバーエッチング時間（シリコン窒化膜３２のジャストエッチング時間からの追加のオーバーエッチング時間）に起因するものであるが、オーバーエッチングにより、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にシリコン窒化膜３２が残存するのを防止することが可能となる。なお、図２７（ｄ）に示した例では、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域を含む平面への層間絶縁膜５０の投影領域と熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域との距離Ｈ１１を２μｍに設定してあるが、この数値は一例であり特に限定するものではない。
【００９８】
図２７（ｄ）の構造を得た後、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上にパッド８０を形成し、更にその後、パッシベーション膜６０を形成してから、パッシベーション膜６０にパッド８０を露出させる開口部６１を形成することによって、図２７（ｅ）に示す構造を得る。
【００９９】
このような半導体装置の製造方法によれば、熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０直下の部位の膜厚のばらつきを小さくすることが可能となる。また、図２７（ｅ）に示すように、開口部６１の投影領域とパッド８０の予定領域との距離Ｈ１２を図２２（ｄ）における距離Ｈ２と同じ（例えば、５μｍ）に設定した場合に、パッド８０の基礎となる金属膜のカバレッジを向上させることが可能となり、信頼性を、より向上させることが可能となる。また、この製造方法においては、シリコン窒化膜３２のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去する際に、熱酸化膜１ｂの一部をオーバーエッチングすることにより、製造時のシリコン窒化膜３２の膜厚の面内ばらつきやシリコン窒化膜３２のエッチング速度の面内ばらつきなどに起因して熱酸化膜１ｂとパッド８０との間にシリコン窒化膜３２の一部が残存するのを防止することが可能となる。
【０１００】
ところで、半導体装置は、赤外線センサ１００に限らず、例えば、加速度センサ、圧力センサ、上述のＩＣ素子やその他のＩＣ素子などでもよい。半導体基板１は、シリコン基板に限らず、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板でもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体基板
１ｂ 熱酸化膜
３２ シリコン窒化膜
５０ 層間絶縁膜
６０ パッシベーション膜
６１ 開口部
８０ パッド
１００ 赤外線センサ（半導体装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一表面側に熱酸化膜とシリコン窒化膜と層間絶縁膜とパッシベーション膜との積層構造を有する半導体装置であって、前記熱酸化膜上にパッドを形成してあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面の一部を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記半導体基板の前記一表面側に層間絶縁膜を形成し、その後、パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成するようにし、前記基本構造の形成にあたっては、前記シリコン窒化膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、前記層間絶縁膜の形成後であって前記パッドの形成前に前記層間絶縁膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、前記パッドの形成にあたっては、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記シリコン窒化膜上に層間絶縁膜を形成し、その後、前記シリコン窒化膜と前記層間絶縁膜との積層膜のうち前記熱酸化膜におけるパッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去し、その後、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板の一表面側に熱酸化膜とシリコン窒化膜と層間絶縁膜とパッシベーション膜との積層構造を有する半導体装置であって、前記熱酸化膜上にパッドを形成してあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面の一部を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記半導体基板の前記一表面側に層間絶縁膜を形成し、その後、パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成するようにし、前記基本構造の形成にあたっては、前記シリコン窒化膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域に形成した部分を除去するようにし、前記層間絶縁膜の形成後であって前記パッドの形成前に前記層間絶縁膜のうち前記熱酸化膜における前記パッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにし、前記パッドの形成にあたっては、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、半導体基板の一表面側に熱酸化膜と前記熱酸化膜の表面を覆うシリコン窒化膜とを有する基本構造を形成してから、前記シリコン窒化膜上に層間絶縁膜を形成し、その後、前記シリコン窒化膜と前記層間絶縁膜との積層膜のうち前記熱酸化膜におけるパッドの形成予定領域上に形成されている部分を除去し、その後、前記熱酸化膜における前記形成予定領域上に前記パッドを形成し、更にその後、パッシベーション膜を形成してから、前記パッシベーション膜に前記パッドを露出させる開口部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１２−１５１４２０（Ｐ２０１２−１５１４２０Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９４１（Ｐ２０１１−１０９４１）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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